河流水情学习教案

1、会计学1河流河流(hli)水情水情第一页，共67页。第1页/共66页第二页，共67页。第2页/共66页第三页，共67页。水位过程线：是指水位随时间变化的曲线。水位过程线：是指水位随时间变化的曲线。 其绘制方法，是以纵坐标为水位，横坐标为时其绘制方法，是以纵坐标为水位，横坐标为时间，将水位变化按时间顺序排列起来所点绘的曲线间，将水位变化按时间顺序排列起来所点绘的曲线，便为水位过程线。，便为水位过程线。 主要作用是：可分析水位的变化规律，能直接主要作用是：可分析水位的变化规律，能直接看出特征水位（如最高水位和最低水位）的高度和看出特征水位（如最高水位和最低水位）的高度和出现的日期出现的日期(rq)

2、；可研究各补给源的特征；可用来；可研究各补给源的特征；可用来分析洪水波在河道中沿河传播的情形，以及做洪水分析洪水波在河道中沿河传播的情形，以及做洪水的短期预报；水位过程线也能反映流域内自然地理的短期预报；水位过程线也能反映流域内自然地理因素对该流域水文过程的综合影响。因素对该流域水文过程的综合影响。 可根据需要，绘制不同时段的水位过程线。逐日水可根据需要，绘制不同时段的水位过程线。逐日水位过程线是以日平均水位为纵坐标，横坐标表示日位过程线是以日平均水位为纵坐标，横坐标表示日期期(rq)，反映水位在一年内的变化。在洪水期间或，反映水位在一年内的变化。在洪水期间或感潮河段，常需要绘制逐时水位过程线

3、。感潮河段，常需要绘制逐时水位过程线。 第3页/共66页第四页，共67页。水位过程线：是指水位随时间水位过程线：是指水位随时间(shjin)变化的曲变化的曲线。线。第4页/共66页第五页，共67页。第5页/共66页第六页，共67页。第6页/共66页第七页，共67页。历时曲线历时曲线(qxin)(qxin)的做法的做法日平均水位（日平均水位（m m）天数天数累计天数累计天数50501212121249.549.58 8202049494 4242448.548.55 5292948484 4333347.547.56 6393935.535.57 735735730308 8365365第7页/

4、共66页第八页，共67页。第8页/共66页第九页，共67页。l指同一次水位涨落过程中，河流上、下游站位相相同的水位叫相指同一次水位涨落过程中，河流上、下游站位相相同的水位叫相应水位。应水位。l相应水位关系曲线的绘制方法是：以纵轴为上下游站的水位相应水位关系曲线的绘制方法是：以纵轴为上下游站的水位, 以以横轴为下游站的水位，把上下游站相应的水位点绘在坐标纸上，过横轴为下游站的水位，把上下游站相应的水位点绘在坐标纸上，过点点 群中心连成的圆滑曲线便成（如图）。其作用群中心连成的圆滑曲线便成（如图）。其作用(zuyng)：可用：可用它做短期水文预报；校验上、下游水位观测成果；用已知站水位插它做短期水

5、文预报；校验上、下游水位观测成果；用已知站水位插补缺测站水位记录；推求邻近断面未设站的水位变化。补缺测站水位记录；推求邻近断面未设站的水位变化。第9页/共66页第十页，共67页。第10页/共66页第十一页，共67页。流速的脉动现象：是指在紊流的水流中，水质点运动的速度和方向流速的脉动现象：是指在紊流的水流中，水质点运动的速度和方向不断不断(bdun)地变化，而且围绕某一平均值上下跳动的现象。脉动地变化，而且围绕某一平均值上下跳动的现象。脉动流速的数值以在水流动力轴附近为最小，而以在糙度较大的河底和流速的数值以在水流动力轴附近为最小，而以在糙度较大的河底和岸边为最大。流速脉动能使泥沙悬浮在水中，

6、故它对泥沙运动具有岸边为最大。流速脉动能使泥沙悬浮在水中，故它对泥沙运动具有重要意义。流速脉动在较长时段中，脉动的时间平均值为零，故给重要意义。流速脉动在较长时段中，脉动的时间平均值为零，故给测流提供了条件。测流提供了条件。 据研究，每点测流时间至少应大于据研究，每点测流时间至少应大于100120s，才能避免脉动的影，才能避免脉动的影响，测得较准确的数值。响，测得较准确的数值。 第11页/共66页第十二页，共67页。RicRnc611第12页/共66页第十三页，共67页。第13页/共66页第十四页，共67页。第14页/共66页第十五页，共67页。WQttt1t2m3/s（2）、流量）、流量(l

7、iling)过程线过程线 和流量和流量(liling)历时曲线历时曲线流量流量(liling)过程线：是流量过程线：是流量(liling)随时间变化过程随时间变化过程的曲线。其绘制方法，是以纵坐标为流量的曲线。其绘制方法，是以纵坐标为流量(liling)Q，以，以横坐标为时间横坐标为时间t，按实测资料和时间顺序点绘而成的曲线，按实测资料和时间顺序点绘而成的曲线，便是流量，便是流量(liling)过程线。流量过程线。流量(liling)过程线的主过程线的主要作用是：可反映测站以上流域的径流变化规律；分析流要作用是：可反映测站以上流域的径流变化规律；分析流量量(liling)过程线，相当于对一个流

8、域特征的综合分析研过程线，相当于对一个流域特征的综合分析研究；根据流量究；根据流量(liling)过程线计算某一时段的径流总量和过程线计算某一时段的径流总量和平均流量平均流量(liling)。第15页/共66页第十六页，共67页。根据需要，可以绘制逐时流量根据需要，可以绘制逐时流量(liling)过程线和逐日流量过程线和逐日流量(liling)过程线。过程线。逐时流量过程线主要用于分析逐时流量过程线主要用于分析洪水变化过程。逐日洪水变化过程。逐日(zhr)流流量过程线是用来研究河流在一量过程线是用来研究河流在一年内流量的变化过程，以日期年内流量的变化过程，以日期(时间时间)为横坐标，日平均流量

9、为为横坐标，日平均流量为纵坐标。纵坐标。某一时段某一时段(t1t2)内的流量过程内的流量过程线与坐标轴所包围的面积为相线与坐标轴所包围的面积为相应期间的径流总量应期间的径流总量W，进而可，进而可求得该时段内的平均流量。求得该时段内的平均流量。tWttWQttQdtQWttt121221)()(第16页/共66页第十七页，共67页。流量流量(liling)历时曲线：绘制方法与水位历史曲线类似历时曲线：绘制方法与水位历史曲线类似第17页/共66页第十八页，共67页。水位与流量的关系：水位与流量的关系： 河流水位的变化，从本质上看是河流流量的变化，流量增河流水位的变化，从本质上看是河流流量的变化，流

10、量增大，水位升高；流量减小，水位降低。因此，水位变化实质上大，水位升高；流量减小，水位降低。因此，水位变化实质上是流量变化的外部反映和表现是流量变化的外部反映和表现(bioxin)；另一方面，流量大；另一方面，流量大小可以通过水位高低反映出来，即二者呈某种函数关系小可以通过水位高低反映出来，即二者呈某种函数关系Q=F(H)，水位升高，流量增大。即，水位升高，流量增大。即Q=F(H)呈单调递增函数。呈单调递增函数。水位流量关系曲线的绘制水位流量关系曲线的绘制其绘制方法是：以水位为纵其绘制方法是：以水位为纵坐标，流量为横坐标，将各坐标，流量为横坐标，将各次实测的流量与相应的水位次实测的流量与相应的

11、水位点绘在坐标纸上，连接通过点绘在坐标纸上，连接通过点群中心的曲线，便是点群中心的曲线，便是(bin sh)水位水位流量关系曲线流量关系曲线。一般是下凹上凸曲线。一般是下凹上凸曲线。第18页/共66页第十九页，共67页。 由于由于Q=FV，为了便于校核流量资料，通常将水位流量关系曲线，为了便于校核流量资料，通常将水位流量关系曲线Q=f1(H)、水位过水断面面积关系曲线、水位过水断面面积关系曲线F=f2(H)和水位流速关系曲线和水位流速关系曲线V=f3(H)绘在一起，纵坐标表示水位绘在一起，纵坐标表示水位H，横坐标分别表示流量，横坐标分别表示流量Q、过、过水断面面积水断面面积F和流速和流速V。

12、水位面积关系曲线水位面积关系曲线F=f2(H)，由于面积，由于面积A是随水位是随水位H的增高而增大的增高而增大(zn d)，H越高，越高，A增加越快增加越快(即即A相对于相对于H的变化率越大的变化率越大)，故曲线，故曲线是上凸下凹的。是上凸下凹的。 流速曲线流速曲线V=f3(H)，随着水位增高，起初流速，随着水位增高，起初流速V随水位增高而增加随水位增高而增加很快，后来流速随水位增高而增加缓慢，即流速曲线很快，后来流速随水位增高而增加缓慢，即流速曲线V=f3(H)呈向上呈向上凹形。凹形。(3)水位流量关系曲线的用途水位流量关系曲线的用途 由于流量施测非常复杂，步骤繁多，则不可能每天连续地施测；

13、由于流量施测非常复杂，步骤繁多，则不可能每天连续地施测；另一方面，在水文站的日常工作中，水位是逐日观测的。因此，可另一方面，在水文站的日常工作中，水位是逐日观测的。因此，可通过水位资料利用水位流量关系曲线推求流量。通过水位资料利用水位流量关系曲线推求流量。第19页/共66页第二十页，共67页。 第20页/共66页第二十一页，共67页。第21页/共66页第二十二页，共67页。第22页/共66页第二十三页，共67页。三、正常三、正常(zhngchng)年径流量年径流量的计算的计算第23页/共66页第二十四页，共67页。在气候和下垫面条件基本稳定的情况下，随着年在气候和下垫面条件基本稳定的情况下，随

14、着年数数n的不断增加，多年平均流量的不断增加，多年平均流量(liling)逐渐趋于一逐渐趋于一个稳定的数值，这个稳定的数值称为正常年径流量个稳定的数值，这个稳定的数值称为正常年径流量(liling)，以，以Q0表示表示从数理统计看，若把河流年径流量从数理统计看，若把河流年径流量Qi看成看成(kn chn)一个随机变量，则它的总体平均值就是正常年一个随机变量，则它的总体平均值就是正常年径流量。径流量。正常年径流量也可用其他径流特征值来表示。如正正常年径流量也可用其他径流特征值来表示。如正常年径流总量常年径流总量W0，正常年径流深度，正常年径流深度R0等。等。可见，正常年径流量可以看作是正常年份或

15、平均每可见，正常年径流量可以看作是正常年份或平均每年中通过河流某一断面年中通过河流某一断面(dun min)的水量。它反映了的水量。它反映了河流所蕴藏的水资源数量，是水文水利计算中的一个重河流所蕴藏的水资源数量，是水文水利计算中的一个重要特征值。要特征值。第24页/共66页第二十五页，共67页。1、资料充分时正常年径流量的推求 资料充分是指具有一定(ydng)代表性的、足够长的实测资料系列。一般说实测资料系列要求超过30 年，其中包含特大丰水年、特小枯水年及相对应的丰水年组和枯水年组，只有这样才能客观地反映过去的水文特征，才能为正确地预估未来水文情势提供可靠的依据。niinQnQQ101式中，

16、式中，Q为历年为历年(lnin)的年径流量，的年径流量，n为年数。为年数。第25页/共66页第二十六页，共67页。 用多年平均径流量代替正常年径流量，误差大小取决于：年份n 的大小，n 越大，误差越小；河流年径流变差系数Cv 值的大小， Cv大则误差可能较大(jio d)；资料总体的代表性，例如，资料系列中丰水年份较多，则Q0 值就偏大。第26页/共66页第二十七页，共67页。精度，因此，必须详细地分析径流形成的基本条件。目前水文计精度，因此，必须详细地分析径流形成的基本条件。目前水文计算时常用的参证算时常用的参证(cn zhn)变量是邻站的年径流量资料、本站或变量是邻站的年径流量资料、本站或

17、邻站的年降水资料。邻站的年降水资料。第27页/共66页第二十八页，共67页。第28页/共66页第二十九页，共67页。第29页/共66页第三十页，共67页。第30页/共66页第三十一页，共67页。第31页/共66页第三十二页，共67页。资源的利用。资源的利用。第32页/共66页第三十三页，共67页。 影响年径流Cv 值大小的因素主要有年径流量、径流补给来源和流域面积的大小三方面。 1）年径流量。年径流量大的地区降水丰富，水汽输送量大而稳定，降水年际变化小；同时，地表供水充分(chngfn)，蒸发比较稳定，故年径流Cv 值小。降水量少的地区，降水集中而不稳定，加之蒸发量年际变化较大，致使年径流Cv

18、 值大。我国河流年径流量Cv 值具明显分带性，从东南向西北增大，与年径流量分布的趋势相反；即东南的丰水带Cv 值为0.20.3，到西北缺水带，Cv 值增至0.81.0。第33页/共66页第三十四页，共67页。 2）补给来源。以高山冰雪融水或地下水补给为主的河流，年径流Cv值较小，而以雨水补给为主的河流Cv 值较大，尤其是雨水变率大的地区，Cv值更大。因为冰川积雪融化量主要取决于气温，平均气温的年际变化比较小，所以冰雪融水补给为主的河流Cv 值较小。如：天山、昆仑山、祁连山一带的河流，Cv 值0.10.2。以地下水补给为主的河流因为受地下含水层的调蓄，径流量较稳定，Cv 值也较小。如：以年降水量

19、相近的黄土高原(hun t o yun)与黄淮海平原相比，黄土高原(hun t o yun)地处土质松散、下渗作用强、地下水丰富的地区，地下水对河流补给的比重较大，年径流量的Cv 值只有0.40.5，其中以地下水补给为主的无定河上游，Cv 值甚至小于0.2。而黄淮海平原的河流，主要水源是降水，而且降水变率较大，因而年径流量Cv值一般均在0.8 以上，局部地区甚至大于1.0。第34页/共66页第三十五页，共67页。 3）流域面积。 流域面积小的河流，Cv 值大于流域面积大的河流。这是因为大河集水面积大，而且流经不同的自然区域，各支流径流变化情况不一，丰枯年可以相互调节，加之大河河床切割很深，得到

20、的地下水补给量多而稳定，所以大河的Cv 值较小。例如，长江干流汉口站Cv 值为0.13，而淮河(hui h)蚌埠站的Cv 则达0.63。同理，各大河干流的Cv值一般均比两岸支流小。第35页/共66页第三十六页，共67页。2、年径流量的年际极值比 年径流量年际变化的绝对值比例，即多年最大年径流量与多年最小年径流量的比值，也称为年际极值比。年际极值比也可反映年际变化幅度。 我国各河流年径流量的年际极值比差异很大，一般来说长江以南小于3.5 倍，长江以北都在5 倍以上，其中比值最小的是怒江，仅1.4 倍，最大的是淮河，其比值高达(o d)23.7 倍。年径流量变差系数Cv 值大的河流，年径流量的年际

21、极值比也较大，反之亦小。第36页/共66页第三十七页，共67页。年径流量的年际极值(j zh)比 第37页/共66页第三十八页，共67页。2575%水电设计保证率：多年期间(qjin)水电设备正常工作而不遭受破坏的概率第38页/共66页第三十九页，共67页。第39页/共66页第四十页，共67页。第40页/共66页第四十一页，共67页。月至月至2 3 月至月至5 6 月至月至8 月为夏季；月为夏季；9 月至月至11 月为秋季。月为秋季。第41页/共66页第四十二页，共67页。第42页/共66页第四十三页，共67页。第43页/共66页第四十四页，共67页。第44页/共66页第四十五页，共67页。第

22、45页/共66页第四十六页，共67页。u汛期：指河流牌高水位的时期。我国绝大多数河流的高汛期：指河流牌高水位的时期。我国绝大多数河流的高水位是夏季集中降雨形成的，故叫夏汛或伏汛。夏汛期径水位是夏季集中降雨形成的，故叫夏汛或伏汛。夏汛期径流量大，洪峰起伏变化流量大，洪峰起伏变化(binhu)急剧，是全年最重要的急剧，是全年最重要的水情阶段。各河流夏汛期长短不一，南方河流因雨季早而水情阶段。各河流夏汛期长短不一，南方河流因雨季早而持续时间长，夏汛期长。春季积雪融化形成的河流高水位持续时间长，夏汛期长。春季积雪融化形成的河流高水位，叫做春汛。东北、华北地区的河流都有春汛，但水量比，叫做春汛。东北、华

23、北地区的河流都有春汛，但水量比夏汛小，历时也不长。夏汛小，历时也不长。u枯水期：系指河流处于低水位时期。我国河流的枯水期枯水期：系指河流处于低水位时期。我国河流的枯水期一般出现在冬季。在枯水期，流域内降雨稀少，河流靠流一般出现在冬季。在枯水期，流域内降雨稀少，河流靠流域蓄水，并主要靠地下水补给，水位、流量变化域蓄水，并主要靠地下水补给，水位、流量变化(binhu)很小。若此时河流封冻，又称封冻期。很小。若此时河流封冻，又称封冻期。u平水期：系指河流处于中常水位时期。汛期过后，水位平水期：系指河流处于中常水位时期。汛期过后，水位逐渐消退，至枯水期之间有一段过渡时期，水位处于中常逐渐消退，至枯水期

24、之间有一段过渡时期，水位处于中常状况。我国河流平水期大多出现在秋季，时间不长。状况。我国河流平水期大多出现在秋季，时间不长。第46页/共66页第四十七页，共67页。第47页/共66页第四十八页，共67页。第48页/共66页第四十九页，共67页。第49页/共66页第五十页，共67页。第50页/共66页第五十一页，共67页。AAABtQ（3）、复式洪水过程线：若先后两次降水由于前期降雨所形成的洪水过程尚未泄完，第二次降雨所形成的洪水又接踵而来，就形成了复式洪水过程线。 洪峰流量Qm，洪水总量W，洪水总历时T 等表征洪水特征(tzhng)的三个要素，它是水利工程设计的重要依据。第51页/共66页第五

25、十二页，共67页。（4）、设计洪水：在水利工程的设计中，水工建筑物能够(nnggu)抗御的最大洪水称为设计洪水。 设计标准是根据水工建筑物的规模和重要性而定的，设计标准越高、抗御洪水的能力就越强、就越安全，但是造价也越高。第52页/共66页第五十三页，共67页。（1）天气因素 气旋波动、台风等天气系统，提供充足的水汽和大气强烈的垂直上升运动，可能形成暴雨过程，进而形成洪水。按气象(qxing)方面规定：24小时降雨量超过50mm或12小时降雨量超过30mm的降雨称为暴雨。其中24小时降水量超过100mm者称大暴雨，24小时降水量超过200mm者称特大暴雨。 暴雨特性：包括暴雨强度、暴雨持续时间

26、（历时）和空间分布等，尤其暴雨中心移动路线和笼罩面积，对洪水有着巨大的影响。如暴雨中心向下游移动，雨洪同步，常造成灾害性大洪水。第53页/共66页第五十四页，共67页。（2）流域的下垫面因素 地形，流域面积的大小、形状，土壤性质及植被等因素对洪水过程线有显著影响。流域特性：包括流域面积、形状、坡度、河网密度及湖沼率、土壤、植被和地质条件等。如流域面积大的流域，暴雨常是局地性的，大面积连续降水是造成洪水的主要原因。而对小流域，暴雨笼罩整个流域的机会多，易于形成洪水。河槽特性：包括河槽断面、河槽坡度、糙率等，是河网调蓄能力的决定因素。人类活动：如修建蓄水工程，可拦蓄(lnx)部分洪水，削减洪峰，调

27、节径流。第54页/共66页第五十五页，共67页。3、洪峰流量的推求 洪峰流量的推求是水文学研究的重要问题之一，它是港口建设(jinsh)、给水排水，道路桥梁及河流开发常遇到的水文问题。 一般用洪峰流量与有关影响因素（主要是降雨和流域特征）之间的经验关系，建立经验的或半推理、半经验的公式来推求洪峰流量（尤其是中小流域）。（1）根据洪水观测资料推求给定频率的洪峰流量。 如果河流出口断面上有较长年限（20 年以上）的实测资料，可从中挑选一个最大的洪峰流量，或将每年洪水记录中凡超过某一标准定量的洪峰流量都选上，进行频率计算，从而求得所需频率的洪峰流量。第55页/共66页第五十六页，共67页。（2）地区

28、综合经验公式法。 Q p = C p Fn 式中，Qp 为给定频率P的洪峰流量（米3/秒）；F 为流域面积（公里2）；Cp为随自然地理条件和频率而变的系数；n 为流域面积指数，n 一般采用1/2、3/4 或1。（3）推理公式。 推理公式认为，流域上的平均产流强度（单位时间的产流量）与一定面积的乘积即为出口断面的流量，当其达到(d do)最大值时，即出现洪峰流量。由于对暴雨、产流和汇流的处理方式不同，就形成不同形式的推理公式。我国水利电力科学研究院通过对暴雨的研究，并考虑到等流第56页/共66页第五十七页，共67页。（2）地区综合(zngh)经验公式法。 Q p = C p Fn 式中，Qp 为

29、给定频率P的洪峰流量（米3/秒）；F 为流域面积（公里2）；Cp为随自然地理条件和频率而变的系数；n 为流域面积指数，n 一般采用1/2、3/4 或1。（3）推理公式。 推理公式认为，流域上的平均产流强度（单位时间的产流量）与一定面积的乘积即为出口断面的流量，当其达到最大值时，即出现洪峰流量。由于对暴雨、产流和汇流的处理方式不同，就形成不同形式的推理公式。我国水利电力科学研究院通过对暴雨的研究，并考虑到等流时线的概念，提出的半理论半经验公式：第57页/共66页第五十八页，共67页。 适用(shyng)于500 平方公里以下的流域。第58页/共66页第五十九页，共67页。4、历史洪水的调查 历史

30、洪水：是指在该河段上可能调查到（或实测）的比通常洪水大得多的洪水。为了使洪水调查和计算结果具有可靠性，调查河段应符合下列要求：尽量靠近拟建的工程所在位置；有足够数量(shling)的可靠洪痕，并有若干村落以便于查访洪痕位置及发生年代；河段顺直、无支流汇入及无分流回流现象，以便于计算洪峰流量；调查河段多年间河床变化不显著。第59页/共66页第六十页，共67页。4、历史洪水的调查（1）历史洪水调查的工作内容。调查前应收集河流有关的水文、气象、地质及原有勘测设计报告和地方志等资料。调查历史上洪水发生的情况，各次洪水发生的时间（年、月、日）、洪水来源、本流域及附近流域的降雨情况、洪痕的位置(wi zh

31、i)，确定出最大、次大等各次洪水的顺序和重现期，并在野外标出洪痕位置(wi zhi)及编号等。进行简易地形和洪痕高程测量。洪痕位置(wi zhi)也要标在地图上，并根据情况测出纵断面和若干横断面图。整理分析测量结果并推算洪峰流量。编写历史洪水调查报告。第60页/共66页第六十一页，共67页。4、历史洪水的调查 （1）历史洪水调查的工作(gngzu)内容。 （2）历史洪水的流量计算。 用比降法计算洪峰流量 利用坝、急滩、卡口计算洪峰流量第61页/共66页第六十二页，共67页。1 1、枯水概念、枯水概念枯水是河流断面上较小流量的总称。枯水经枯水是河流断面上较小流量的总称。枯水经历的时间为枯水期，当月平均水量占全年水量的历的时间为枯水期，当月平均水量占全年水量的比例小于比例小于5 5时，则属于枯水期。我国河流枯水时，则属于枯水期。我国河流枯水期一般为期一般为5 5个月左右。个月左右。 枯水一般发生在地面径流结束，河网中容蓄枯水一般发生在地面径流结束，河网中容蓄的水量全部消退以后。枯水期，河流水量小，径的水量全部消退以后。枯水期，河流水量小，径流呈递减趋势，水电站发电量将减小；河道水浅流呈递减趋势，水电站发电量将减小；河道水浅，大船通航受到限制；灌溉用水、工业用水和城，大船通航受到限制；灌溉用水、工业用水和城市供水也将受到影响。因此，枯水径流的研究具市供水也将受到影响。因此，枯水径